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Die Erfindung betrifft ein hochtemperaturbeständiges Druckausgleichsgewebe für den Einsatz in hydraulischen Ein- oder Mehretagenheizpressen, Endlos-Doppelbandheizpressen sowie in hydraulischen Formheizpressen.
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Druckausgleichsgewebe oder auch Presspolster genannt, werden in den erwähnten Pressenanlagen zum Druckausgleich und zur Wärmeübertragung verwendet.
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Die bekannten Druckausgleichsgewebe sind in einem Temperaturbereich von 20°C bis maximal 260°C einsatzfähig.
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Aus der Patentliteratur sind verschiedene Druckausgleichsgewebe bekannt, so beschreibt die
EP 0 735 949 B1 und
EP 1 136 248 A1 ein Presspolster bei denen die Kettfäden und/oder die Schussfäden ein Silikonelastomer oder ein Copolymer, bestehend aus Silikonkautschuk und Fluorsilikonkautschuk, aufweist.
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Weiterhin zählt zum Stand der Technik ein Presspolster welches nach der
EP 0 713 762 A2 aus einem Material besteht, das durch folgende Bestandteile gekennzeichnet ist:
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Gruppe 1:
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- 1.1 Garn aus aromatischem Polyamid, das gegebenenfalls mit anderen Gummimaterialien gemischt ist und Metallfäden in beliebigen Anteilen enthält
- 1.2 Metallgarn
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Gruppe 2:
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- 2.1 Temperaturbeständiges Filament aus Gummi oder Gummimischung
- 2.2 Temperaturbeständiges Filament aus Silikon oder Silikonmischung
- 2.3 Temperaturbeständiges elastisches Kunststoff-Filament
- 2.4 Material der Gruppen 2.1, 2.2 und/oder 2.3 mit Metallseele, wobei diese nicht mit dem sie umgebenden Material fest verbunden sein muss
- 2.5 Material wenigstens einer der Gruppen 2.1 bis 2.4, mit Metallfäden umlegt
- 2.6 Garn der Gruppe 1.1, jedoch ohne Metallfäden.
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Des werteren ist aus der
EP 1 300 235 A1 ein Presspolster bekannt, welches ein kombiniertes Drahtgewebe aus Metall- und Kunststofffäden aufweist, wobei beidseitig über die Gewebeschicht eine Silikonkautschukbeschichtung aufgebracht wird. Die Silikonbeschichtung wird dann soweit abgerakelt, bis die Metallfäden des Drahtgewebes freiliegen, damit eine gute Wärmeübertragung gewährleistet ist. Erfindungsgemäß werden 10 bis 40 Kontaktpunkte pro cm
2 vorgeschlagen. Insgesamt sollten die Kontaktpunkte der Wärmeleitfäden an den Außenseiten des Presspolsters jeweils 15 bis 30% der jeweiligen Oberfläche einnehmen. Empfohlen werden gut wärmeleitende Metalle, wie z. B. Kupfer, Messing, Aluminium, Silber oder auch Legierungen von den beschriebenen Metallen. Des werteren werden Kunststofffäden vorgeschlagen, zum Beispiel aromatische Polyamide (Aramide), die eine Temperaturbeständigkeit von 200°C bis 240°C aufweisen.
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Alle bekannten Presspolster setzt man hauptsächlich in Pressenanlagen ein, die zur Beschichtung von Holzwerkstoffen herangezogen werden. Hierbei werden Span-, HDF-, MDF- oder Sperrholzplatten mit Aminoplastharzfilmen beschichtet. Unter Druck und Temperatur werden die Harze, auf Melamin-, Phenol- oder Harnstoffbasis, flüssig, um anschließend zu vernetzen. Hierbei steigt die Harzviskosität wieder an und erreicht dann den festen Zustand. Die Platten werden danach aus der Presse entformt und ausgetragen. Die Arbeitstemperaturen betragen in diesen Pressenanlagen zwischen 180°C bis 230°C. Daher ist die Auswahl der Presspolstermaterialien auf diesen Temperaturbereich beschränkt. Die bisher eingesetzten Materialien, wie Silikon-, Fluorsilikonkautschuk, Polyaramide, PTFE, ETF, PFA, PCTFE, ECTFE, PVF, PVDF, FEP haben eine Dauergegebrauchstemperaturbeständigkeit von max. 260°C.
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Oberhalb dieses Temperaturbereiches beginnt der Schmelzpunkt der Werkstoffe und sie sind deshalb für den Hochtemperaturbereich über 300°C ungeeignet.
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In den Pressenanlagen werden aber neben der Beschichtung von Holzwerkstoffen auch andere Produkte erzeugt, deren Verarbeitungstemperaturen über 300°C liegen. Die Herstellung und Verschweißung von Plattenwärmetauscher für Kühlaggregate werden zum Beispiel bei Temperaturen über 300°C vornehmlich bei 400°C durchgeführt. Da in allen Pressenanlagen Dickentoleranzen vorherrschen, wird auch hier ein Druckausgleichsgewebe gefordert um die Toleranzen auszugleichen.
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Für Pressenanlagen die bei einer Arbeitstemperatur über 300°C arbeiten sind die bekannten Presspolster nicht einsatzfähig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Druckausgleichsgewebe für den Hochtemperaturbereich über 300°C so zu gestalten, das sie die Dickentoleranzen in den Anlagen ausgleichen, eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, bei beweglichen Pressenanlagen einen geringen Reibungswiderstand aufweisen und die eingesetzten Werkstoffe in dem geforderten Temperaturbereich eine Dauergebrauchstemperaturbeständigkeit aufweisen.
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Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung dadurch gelöst, dass sich in Kette und/oder Schuss verlitzte oder unverlitzte Metallfäden, Kohlenstofffasern oder Graphitfasern so angeordnet befinden, dass sie bei der Herstellung des Gewebes eine optimale Polsterwirkung, Wärmeleitfähigkeit und einen geringen Reibungswiderstand bilden.
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Kohlenstoff- oder Graphitfasern besitzen eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul, eine hohe Zugfestigkeit und lassen sich hervorragend in Webprozessen verarbeiten. Der Anteil und die Gestaltung der Carbonfasern richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen des Druckausgleichsgewebes.
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Kohlenstofffasern oder Carbonfasern sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch Pyrolyse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Man unterscheidet isotrope und anisotrope Typen, isotrope Fasern besitzen nur geringe Festigkeiten, während die anisotropische Form eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung aufweist.
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Eine Kohlenstofffaser hat einen Durchmesser von etwa 5–8 Mikrometer, daher werden üblicherweise 1.000 bis 24.000 Einzelfasern oder Filamente zu einem Bündel, auch Roving genannt, zusammengefasst, das auf Spulen gewickelt wird. Damit lassen sie sich Idealerweise auf Web- oder Wirkmaschinen zu textilen Strukturen verarbeiten.
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Kohlenstofffasern sind elektrisch und thermisch sehr gut leitfähig, haben in Längsrichtung einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Fasern werden deswegen bei Erwärmung kürzer und dicker. Dieser Effekt macht sie deshalb hervorragend geeignet für Druckausgleichsgewebe, da eine Volumenausdehnung stattfindet und die Polstereigenschaften verbessert werden.
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Als Ausgangsmaterialien für die Umwandlung in eine Carbonfaser werden organische Verbindungen genommen, die sich zunächst in eine unschmelzbare Zwischenstufe umwandeln lassen und anschließend unter Formerhalt in einem Pyrolyseprozess zum Kohlenstoff carbonisiert werden können. Der größte Teil der heute eingesetzten Fasermaterialien ist z. B. Polyacrylnitril (PAN).
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Durch Verstreckung (Anlegen einer Zugspannung) bei diesem Temperaturbehandlungsschritt lässt sich die Orientierung der atomaren Struktur in den Fasern so verändern, dass bei der Carbonisierung höhere Festigkeiten und Steifigkeiten der Fasern erreicht werden. Bei der Carbonisierung werden alle Elemente der eingesetzten Faser bis auf den Hauptanteil Kohlenstoff gasförmig abgespalten. Der relative Kohlenstoffanteil steigt mit zunehmender Temperatur, die üblicherweise in dem Bereich von 1300–1500°C liegt, der Kohlenstoffanteil beträgt hierbei 96 bis 98 Gewichtsprozente.
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Die Graphitierung beginnt bei oberhalb von 1800°C, hierbei wird vor allem die Struktur der graphitischen Kohlenstoffschichten mehr und mehr perfektioniert. Der Schichtebenenabstand zwischen diesen Kohlenstoffschichten bleibt jedoch über dem vom eigentlichen Graphit bekannten Wert. Deshalb ist der im englischen Sprachraum übliche Begriff ”graphite fiber” und im deutschen Sprachraum ”Graphitfaser” streng genommen nicht korrekt. Die Dichte der Fasern liegt bei 1,8 g/cm3.
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Als weitere Komponenten in dem Druckausgleichsgewebe werden Einzeldrähte von verschiedenen Metallen oder Metalllegierungen vorgeschlagen, die verlitzt oder als Einzelfilamente eingesetzt werden. Geeignete Metalle können sein, Kupfer, Messing, Bronze, Stahl, Aluminium, Silber, sie müssen beim Webprozess genügend elastisch sein um die verschiedenen Gewebebindungsarten auszuführen.
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Als vorteilhaft haben sich Kupfer-Zinklegierungen, die sogenannten Messinge, herausgestellt, die in verschiedenen prozentualen Mischungsverhältnissen auf dem Markt angeboten werden. Eine Legierung Ms 30 mit 70% Cu- und 30% Zn-Anteil hat sich in den Versuchsanordnungen als vorteilhaft herausgestellt, da sie eine ausreichende Zugfestigkeit, eine relativ gute Elastizität beim Webprozess und eine gute Druckfestigkeit besitzt. Gegenüber reinem Kupfer ist die Kupferlegierung Messing bei hohen Temperaturanwendungen für Druckausgleichsgewebe vom Vorteil, Kupfer versprödet bei hohen Dauertemperatureinsätzen und führt zu vorzeitigen Fadenbrüchen bei der geforderten Druckbelastung. Auch Mischungen von Einzelfäden verschiedener Metalle, z. B. Messing mit Stahl oder Messing mit Aluminium haben sich je nach Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit als vorteilhaft erwiesen. Es empfiehlt sich die Einzeldrähte zu verlitzen, um Schwierigkeiten beim Webprozess, die beim Schusseintrag stattfinden könnten, zu vermeiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
| Kettfäden: | Verlitzte Messingeinzeldrähte 7 × 0,2 mm der Messingqualität MS 30 (30% Zn und 70% Cu). Die Kettfadendichte betrug 800 Fäden pro 100 cm Webbreite. |
| Schussfäden: | Messingfilamente 7 × 0,2 mm verzwirnt mit 6 Stck. 3 k Rovings einer Kohlenstoff-/Graphitfaser wobei der Titer je Roving 200 tex betrug. Die Schussdichte lag bei ca. 450 Schuss/100 cm Weblänge. |
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Zur näheren Erläuterung, unter Rovings versteht man Faserbündel oder Faserstränge von endlosen, unverdrehten, gestreckten Fasern (Filamente). Rovings werden nach ihrer Filamentzahl oder ihrem Längengewicht (Tex-Zahl) bezeichnet. Bei der Filament-Bezeichnung wird die Anzahl in vollen 1000 Filamenten (1 k) angegeben. Die Tex-Zahl hat die Einheit g/km. Sie hängt von der Dichte des verwendeten Materials ab. Ein 3 k Kohlenstofffaser-Roving hat etwa 200 tex.
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Je nach Anforderungen an die Polstereigenschaften und Wärmeleitfähigkeit, können die Kettfäden auch wie die Schussfäden mit einer unterschiedlichen Anzahl Rovings Kohlenstoff-/Graphitfasern ausgerüstet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Einsatz von Hybridrovings, je nach Anwendungstemperatur. Unter Hybridrovings versteht man Filamente unterschiedlicher Materialien, so könnten beispielsweise PTFE-Fasern mit den Kohlenstofffasern gemischt werden, wenn die Einsatztemperatur nur gering über 300°C liegt. Weiterhin wird die Erfindung nachfolgend an verschiedenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Die Zeichnungsfigur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Kettfaden 1, der aus einer Vielzahl von einzelnen dünnen Messingfäden 2, die miteinander verlitzt sein können, besteht.
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Die Zeichnungsfigur 2 zeigt einen Kett- und/oder Schussfaden 3, der aus einer Vielzahl von einzelnen dünnen Messingfäden 2 und verschiedenen Rovings einer Kohlenstoff-/Graphitfaser 4, die miteinander verzwirnt sein können, besteht.
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Zeichnungsfigur 3 zeigt einen Kett- und/oder Schussfaden 5, mit einem Hybridfaden 6 kombiniert, der einzelne dünne Messingfäden 2 mit verschiedenen Rovings einer Kohlenstoff-/Graphitfaser 4, die miteinander verzwirnt sein können, aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0735949 B1 [0004]
- EP 1136248 A1 [0004]
- EP 0713762 A2 [0005]
- EP 1300235 A1 [0006]
